基于STM32与BD623x的电机控制实战——从零搭建无人机/机器人驱动系统

系列文章目录

1.元件基础
2.电路设计
3.PCB设计
4.元件焊接
5.板子调试
6.程序设计
7.算法学习
8.编写exe
9.检测标准
10.项目举例
11.职业规划

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一、为什么选择这两个芯片？

1.1 STM32微控制器

• 大脑角色：作为Cortex-M系列代表，STM32F103C8T6（蓝色pill开发板）具备72MHz主频，提供精准的PWM波形控制
• 关键资源：16路12位ADC、7通道DMA、37个GPIO，满足多电机同步控制需求

1.2 ROHM BD623x电机驱动

• 肌肉角色：BD6231FVM单通道H桥驱动器，支持4.5-18V/1.2A持续输出
• 三大保护：内置过热关断（TSD）、过流保护（ISD）、低压锁定（UVLO）

选型对比：相比L298N，BD623x效率提升40%，体积缩小60%

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二、核心控制原理详解

2.1 H桥驱动奥秘

// 典型控制真值表
| IN1 | IN2 | 电机状态 |
|--|---------|
|  0  |  0  | 刹车    |
|  1  |  0  | 正转    |
|  0  |  1  | 反转    |
|  1  |  1  | 停止    |

2.2 PWM调速原理

• 占空比公式：转速 ∝ (Ton / (Ton + Toff)) × 100%
• 频率选择：推荐8-20kHz（超声波频段避免噪音）

2.3 实战电路设计

接线示意图：
STM32 GPIOA0  --> BD623x IN1 (PWM1)
STM32 GPIOA1  --> BD623x IN2 (PWM2)
STM32 GND     --> BD623x GND
12V电池正极    --> BD623x VM
电机端子       --> OUT1 & OUT2

滤波关键：在VM端并联100μF电解电容+0.1μF陶瓷电容

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三、STM32程序开发实战

3.1 CubeMX配置步骤

1. 启用TIM1_CH1（PA8）和TIM1_CH2（PA9）
2. 设置PWM模式1，预分频值72-1（1MHz时基）
3. 配置ARR为999（1kHz频率）

3.2 核心控制代码

// PWM初始化
HAL_TIM_PWM_Start(&htim1, TIM_CHANNEL_1);
HAL_TIM_PWM_Start(&htim1,  TIM_CHANNEL_2);//  转速控制函数
void  SetMotorSpeed(int16_t  speed)  {speed  =  constrain(speed,  -1000,  1000);  //  限幅if(speed  >= 0)  {__HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim1,  TIM_CHANNEL_1,  speed);__HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim1,  TIM_CHANNEL_2,  0);} else {__HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim1,  TIM_CHANNEL_1,  0);__HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim1,  TIM_CHANNEL_2,  -speed);}
}//  急停函数
void MotorEmergencyStop() {HAL_GPIO_WritePin(GPIOC,  GPIO_PIN_13,  GPIO_PIN_SET); //  启用刹车__HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim1,  TIM_CHANNEL_1,  1000);__HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim1,  TIM_CHANNEL_2,  1000);
}

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四、安全设计规范

4.1 硬件防护措施

1. 在VM端串接5A自恢复保险丝
2. 电机两端并联1N5819续流二极管
3. 逻辑地与功率地单点连接

4.2 软件保护策略

//  过流检测中断服务
void  ADC_IRQHandler(void)  {if(hadc.Instance->SR &  ADC_FLAG_JEOC)  {uint16_t  current  = HAL_ADCEx_InjectedGetValue(&hadc,  ADC_INJECTED_RANK_1);if(current >  1200)  {  //  1.2A阈值MotorEmergencyStop();Error_Handler();}}
}

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五、多电机系统扩展

四轴飞行器应用示例：

typedef  struct {TIM_HandleTypeDef  *htim;uint32_t  ch1;uint32_t  ch2;
}  MotorControl;MotorControl  motors[4]  = {{&htim1,  TIM_CHANNEL_1,  TIM_CHANNEL_2},{&htim1, TIM_CHANNEL_3,  TIM_CHANNEL_4},{&htim2,  TIM_CHANNEL_1,  TIM_CHANNEL_2},{&htim2,  TIM_CHANNEL_3,  TIM_CHANNEL_4}
};void  SetAllMotors(int16_t  *speeds)  {for(uint8_t i=0;  i<4; i++)  {SetSingleMotor(motors[i],  speeds[i]);}
}

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六、调试技巧大全

1. 示波器观测法：验证PWM波形占空比与频率
2. 电流检测法：通过0.1Ω采样电阻监测工作电流
3. 温度监控：使用红外测温仪确保芯片表面<85℃

常见故障排查：

• 电机抖动 → 检查PWM频率是否低于5kHz
• 驱动芯片发烫 → 确认是否频繁切换正反转
• 无法启动 → 测量VCC电压是否>4.5V

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结语

通过本方案可实现：

• 单个电机0-100%无级调速
• 正反转快速切换（<200ns响应）
• 四轴飞行器基础姿态控制

项目进阶方向：

1. 结合MPU6050实现闭环控制
2. 开发CAN总线多节点控制系统
3. 移植FreeRTOS实现多任务调度